海劍二載防空飛彈系統(Part1:早期發展/配套蜂眼雷達)

在2015年8月世貿航太展中,中科院首度在國內公開海劍二的全尺寸飛彈模型。

左為同樣是首度公開的海劍羚艦載防空飛彈。

海劍二外觀上與原版劍二的最大區別,就是尾部增設一截具有燃氣舵的助升火箭,使海劍二能充分適應垂直或傾斜發射。

此外,注意海劍二使用折疊式彈翼,節省所需的發射管空間。

(上與下二張)2017年8月世貿航太國防展中展出的海劍二

2019年8月世貿航太國防展中展出的海劍二;注意彈體寫上「海劍二型飛彈」

(上與下)中科院「旋轉式機動相列雷達」,攝於2016年11月;此系統在中科院的網站上稱之為

「野戰防空相列雷達」,外型類似先前中科院「蜂眼專案」電子掃描雷達。包括陸射劍二

(機動短程防空飛彈系統) 、艦載的海劍二短程防空飛彈,都使用此系列雷達來配套。

2021年6月初,測試中的高效能艦艇後續艦首艦塔江號(PGG-619)的船樓後部,後桅杆塔上安裝

中科院旋轉式三維相位陣列雷達,而飛彈艙區則安裝一組海劍二型防空飛彈的

六聯裝傾斜發射器。 

(上與下二張)2017年8月世貿航太國防展中展出的陸軍「勁弩計畫」機動短程防空系統,包括

雷達導引的T-92 40mm防空砲、三維相位陣列雷達車以及四聯裝陸射劍二防空飛彈發射車。最後空軍

採用的系統只有天劍二型以及配套的雷達,不包括國產T-92 40mm防空砲。

 

 

──by captain Picard


(1)  (2) 

 

 起源:天劍二型空對空飛彈

天劍二型本來是中科院在1980年代為IDF戰機研發的主動雷達導引中程空對空飛彈,約在1999年正式服役,中科院方面型號為TC-2。原版天劍二型彈長3.593m,直徑19cm, 翼展44.8cm(前穩定翼)/62.1(後控制舵)cm,全重184kg,單級固態火箭推進, 最大速度 4馬赫,早期型有效射程約60km, 導引方式為中途慣性導航加上資料鏈指令更新、終端主動雷達導引,配備一個22kg高爆預鑄破片戰鬥部 。

天劍二型研發時,主要技術指標比肩同時期美國空軍研製的先進中程空對空飛彈(AMRAAM,後來成為AIM-120),都採用「射後不理」的主動雷達導引。 與AIM-120相同,天劍二型採用全動尾舵致動(前一代的美製AIM-7麻雀空對空飛彈則使用前舵致動)。雖然先前中科院已經有研製雄風二型反艦飛彈主動雷達尋標器的技術基礎,然而要把主動雷達尋標器放在在直徑小得多的空對空飛彈上,技術難度高得多,需要美國的協助。美國AMRAAM的主動雷達尋標器由美國休斯(Hughes)與摩托羅拉公司(Motorola)競爭,休斯在競標中獲勝(原因包括價格比摩托羅拉具優勢);由於休斯成為AMRAAM的承包商而被美國空軍管制,中科院只能嘗試接觸摩托羅拉,隨後摩托羅拉獲得美國政府技術輸出許可。由於此時摩托羅拉的主動雷達尋標器仍只在概念展示(Demonstration)階段,中科院三所遂派遣團隊到美國摩托羅拉公司與之合作,繼續完成研發與測試階段,之後又過了兩到三年才完成。天劍二型飛彈早期測試階段首先以台灣空軍的F-5E戰鬥機作為平台,驗證發射機構以及飛彈與載機之間的整合工作,接著再與IDF戰鬥機完成系統整合,所有測試工作在民國83年(1994年)完成,距離天劍二型開始研發已經過了十年。

依照2020年04月10日「上報」的報導,2004年監察院調查中科院內部狀況之後,指出空軍天劍二型空對空飛彈第一批次只生產210枚,130架IDF戰機甚至無法每架都分配到額定掛載的兩枚。

2015年以後,台灣空軍以代號「奔劍計畫」進行天劍二型空對空飛彈的性能升級(改良後型號據說為天劍二C),相關項目包括以新的電子組件取代原有過時、商源消失的組件、換裝效能更高的新型固態火箭以及新戰鬥部等等。依照2020年04月10日「上報」的報導,台灣空軍「奔劍專案」從2016年到2019年編列17億5200萬餘元新台幣,委中科院研發劍二增程改進型號,在2019年完成作戰驗證。由於新電子組件體積重量大幅減輕,加上新型火箭發動機,據信升級後的天劍二型有效射程可望達100公里以上,最大飛行速率可達6馬赫。IDF戰機經過「翔展案」壽命中期性能提升,包括機體結構強化;加上劍二升級後重量減輕,除了原本以半埋安裝在機腹的兩枚劍二飛彈之外,升級後機翼掛架也能掛載,每架IDF戰機可掛四枚。「上報」稱,空軍計算每年「精準彈藥射擊驗測」的消耗之後,決定劍二改進型號將生產130枚以上,從2021年起編列預算。

不過在2020年,美國提出對台多項軍售(包括岸基魚叉反艦飛彈、MQ-9B Guardian大型無人機、HIMARS多管火箭等),插入民國110年度(2021年)國防預算中,對中科院的預算額度造成強大排擠;依照2020年10月12日「上報」報導,在民國110年度國防預算中,中科院原本多項規劃量產或更新的項目紛紛喊停或延後,新增案件全部沒通過,僅國防部核定並編列預算執行的量產專案仍繼續執行外,其他項目則挑選具有關鍵性技術的項目,科研計劃的方式繼續維持。例如「奔劍專案」天劍二型飛彈性能提升案就予以延緩,量產案不會有新增,等現有量產案執行完畢後再行檢討,而更新計劃也未排入。

陸基/海基劍二的起源

早在1998年,便有消息指出中科院進行垂直發射版陸/海基劍二的研發工作。根據1999年3月出版的中科院「新新雙月」的報導,當時中科院在劍二垂直發射型的兩項關鍵技術取得重大突破,分別是飛彈升空轉向的向量推力控制系統與「冷發射」垂直發射技術;此篇報導披露,此種陸基劍二升空後,透過向量 推力控制,可轉向85度角朝目標方向前進。日後垂直發射版劍二在地面試射場地成功發射的畫面,也已經公開。「冷發射」 係以高壓氣體將飛彈彈出發射管,之後飛彈的火箭發動機才點火,主要好處是飛彈與發射管不必承受高溫高壓的熱焰,相關部件的耐熱防火標準不用特別加強,技術容易且成本、重量較低 ;然而冷發射式飛彈從垂直彈射升空到點火、轉向,其技術挑戰相當高。而劍二上艦另一個需要面對的課題,就是抵擋富含鹽分的海風、海水的侵蝕,而相關的防腐蝕處理需要增加若干重量。在2000年代,中科院已經自行發展數種垂直發射器。

海劍二尾部助推火箭噴嘴特寫,可以看到四片能控制推力方向的燃氣舵。

(上與下)2023年9月13日中科院公布的視頻中,早期海劍二的測試畫面,

此應為概念驗證階段,彈尾還沒有加裝額外助升火箭,僅在原彈體發動機尾

部增設一個較簡陋的概念性燃氣舵裝置。而這枚早期測試彈也還沒有出現

折疊式彈翼。

艦載版劍二(又稱海劍二,中科院型號TC-2N)最關鍵的技術是飛彈發射後的向量控制(TVC)。一般垂直發射飛彈在升空後,都會先爬升至數百公尺高空,等累積到足夠的速度使飛彈控制翼面發生作用時才轉向目標方位;然而,在面臨高速掠海反艦飛彈時,傳統垂直發射方式將面臨緩不濟急的隱憂。為此,許多新型垂直發射短程艦載防空飛彈如以色列閃電、法國MICA、歐洲Aster系列、美國海麻雀ESSM等都採用TVC或側向噴嘴等技術,也就是在彈體後段增加一段具有向量推力噴嘴或側向噴嘴的固態火箭推進器,使飛彈射出後立刻轉向目標方位(轉向完後即拋棄),以節省寶貴的反應時間 。

海劍二飛彈也採用相同的措施 ,在尾部增設一段具有燃氣舵的助升火箭,幫助飛彈升空並完成轉向之後就拋棄;如此,就不用把飛彈本身續航發動機的燃料浪費在升空轉向階段,延長了有效射程。因此,海劍二從研發之初,就能同時適應垂直或傾斜發射。

除了垂直發射的技術以及與載台整合的系統層面挑戰之外,由於許多原版劍二的組件都因為過於老舊而早已斷貨,因此新生產的陸基/艦載版劍二的各項零組件與軟硬體必須另覓商源,例如以雷射或光纖陀螺儀來取代已經「絕版」的機械式陀螺儀,而且必須重新整合這些新的零組件 。

海劍二採用中途上鏈指令更新/慣性導引,加上終端主動雷達導引,具備全天候同時接戰多目標的能力。此外,海劍二採用折疊式彈翼,能節省發射管空間,增加單位體積內備彈的數量。

海劍二性能

 射程方面, 早期外界估計海基劍二型擁有30km左右的最大射程(由於機載飛彈有艦載機提供的發射初速與高度,而防空飛彈必須自行升空加速,相同彈體的射程表現也就會天差地別)。 在2019年3月中旬中科院參與阿拉伯聯合大公國的阿布達比國際防務展(International Defence Exhibition & Conference,IDEX 2019)時,在攤位上首次透露陸射劍二飛彈的有效射程是15公里 。陸射劍二沒有加裝助推火箭,而艦載的劍二則在後面增加一截助推火箭,因此有效射程顯然會大於陸射劍二的15公里。依照2019年5月立法院國防外交委員會議事記錄,海軍參謀長敖以智回覆立委質詢時透露,海劍二射程約是30公里級。

依照2021年1月7日台灣海軍春節加強戰備操演時公開的資料,海劍二重量184kg(實際上這就是先前早已公開的空射型天劍二飛彈的重量,海劍二加上助推器重量應超過200kg),飛行速度2.4馬赫,射程30km;或許由於是從地面零速度、零高度發射,海劍二的飛行速度從空射型的4馬赫大幅下降為2.4馬赫。

海劍二發展歷程

最初中科院發展防空版天劍二型主要是向陸軍推銷來取代鷹式防空飛彈,但陸軍對這種定位不高不低的防空飛彈興趣不大,反倒是一直欠缺有效點防禦能力的海軍比較有興趣。尤其是購自法國的康定級巡防艦,最初沒有從法國購買原廠配套的防空飛彈(法國自用拉法葉級使用短程的海響尾蛇防空飛彈系統,而康定級原始設計預留加裝垂直發射Aster-15防空飛彈與ARABEL相位陣列雷達組合的SAAM防空系統的空間,可直接整合入康定級既有的戰鬥系統),只臨時性地加裝台灣海軍原本就有、人工操作的榭樹短程防空飛彈,面對現代化反艦飛彈時幾乎沒有作用。

由於隨後爆發軍購弊案以及法方報價過於昂貴等問題,台灣海軍始終無緣購入法製SAAM系統;因此,中科院自行開發的海劍二就成為康定級的防空升級的可能選項。

垂直發射或傾斜發射

垂直發射版海劍二部署於康定級的最大立即問題,可能是彈體尺寸;康定級的B砲位雖有預留安裝垂直發射器的空間,但是其高度是配合長度較短的法國Sylver A-43垂直發射器(深5.4m)。法國Aster-15防空飛彈彈體長僅2.6m(加上助推器為4.2m),但是空射版天劍二型的長度就已經高達3.6m,艦射版還要 另加上一截故太火箭;如此,垂直發射版海劍二所需的發射器深度勢必超過A-43或美國MK-41最短的自衛型版本(5.3m),如安裝於康定級的B砲位,勢必突出甲板甚多。

在過去,不斷傳出海軍內部爭論康定級應該以傾斜發射器(只需安裝的甲板強度夠,不需穿透艦體結構)或垂直發射器來部署海劍二的爭論。首先,台灣並未獲得康定級的相關設計資料(如藍圖 等),也不曾參與建造工程,對法軍購關係被弊案搞壞,無法獲得法方原廠技術支援;在此情況下,台灣自然很難貿然對艦體結構進行大幅施工(以往台灣海軍改良陽字號的武進計畫,都是在既有砲位上更換新武器,或者安裝僅需強化甲板、不需穿透甲板的新系統),如果施工過程中發生差錯或估算錯誤,就可能造成永久性的 破壞。 相形之下,固定的傾斜發射箱明顯簡單便宜,不需要冒險穿透甲板 破壞原有結構,擁有廣泛的適裝性(例如部署在原始設計難以改裝垂直發射器的船艦,如濟陽級巡防艦);但傾斜發射器的射界限制很大,並增加上層結構的雷達截面積。

據說在2005年2月海軍內部人事異動後,海軍出身的國防部長李傑介入了海軍對海劍二部署方式的爭論,做出了使用垂直發射系統的決定;但為了緩和「傾斜發射箱」派的反彈,在執行上又做了一些折衷。在第一艘接受改裝的康定級上,海劍二仍將以傾斜發射箱的方式安置於甲板上,總共將部署四具四聯裝發射器於B砲位(以背斜方式布置),先行驗證飛彈與雷達系統的整合、飛彈航行途中的資料鏈傳輸等。當一切驗證妥當,後續五艘康定級將跟進換裝,配備的則是 垂直發射器。不過隨著海軍人事異動更迭,康定級裝垂直發射海劍二的構想又遭到擱置。

咸信為傾斜式劍二發射器的原型──共用型陸基發射系統,可觀察排焰口的構造。

2007年世貿航太展中展出的陸射版劍二系統,採用四輪載重車。

 

雖然傾斜發射版的劍二的工程整合與載台配套難度相對較低,然而對於射角、射界與艦體匿蹤則有許多不利影響。為了避免過度損及整體匿蹤性能,中科院遂為艦載版劍二飛彈設計了一種能融入船艦匿蹤造型的傾斜發射架,稱為「整合型版殼斜射式發射架」(簡稱「整合型斜射架」) ,此一概念於2007年4月出版的中科院新新季刊35卷第2期首度披露。 一般傾斜發射器的樑椼式發射架若要兼顧匿蹤,勢必得在外部加裝薄板使其造型平整,如此會讓整個結構的重量大幅增加。而中科院設計的整合式斜射架 則採用板殼式結構,發射座外部板殼就是承載重量的主體,平滑的外觀使雷達截面積大幅降低;而為了彌補板殼結構承受縱向加速度較低以及共振頻率較低的缺點,還在內部增加若干樑柱結構。飛彈發射箱 以導槽的方式結合於板殼座的框架上,能迅速以吊掛方式完成裝卸;至於飛彈熱焰排除裝置則採用分離式設計,以避免發射時發射箱的內壓過高。

艦載版劍二的傾斜發射器就是2007年台北世貿航太展中由中科院展出的「共用型陸基發射系統」,以滑靴設計取代傳統的滑軌設計,可大幅減少發射器的體積與重量。前述的「共用型發射箱」與「整合型版殼斜射式發射架」都是經濟部技術處的軍品釋商專案的成果,由中科院系統發展中心 轉移技術給民間全鋒公司統籌生產製造;在此案中,中科院將多項技術轉移給全鋒公司,包括頂預裂式發射箱蓋、排煙道、版殼發射架、發射箱體、發射架與伺服機構等等,全鋒公司也為此從金屬工業研究發展中心引進航太等級的摩擦焊接技術與相關機具設備, 而許多零組件的製造工作還分包給相關下游廠商,有效降低了生產成本。依照計畫,康定級的B砲位可安裝兩組「整合型版殼斜射式發射架」,每組發射架上可安裝兩個四聯裝發射單元,縱共有16枚劍二備射(艦上無再裝填彈) ;兩組發射器採取橫向安裝,開口分別朝向兩舷,如此飛彈尾焰就會排向兩側舷外,不會留在甲板或衝向船艛,因而把對抗高熱尾焰廢氣的問題降至最低。 除了艦射型劍二之外,2007年世貿航太展中也曾展出以輕型四輪底盤搭載四聯裝劍二飛彈發射器的實體。

 

(上與下二張)2023年9月13日中科院公布的視頻中,海劍二進行垂直發射測

試的照片。此應為早期概念測試階段,發射器細節十分粗糙。注意發射管底

部連結U型熱焰排放管,將飛彈點火產生的高溫尾焰廢氣引導向上排放。

 

 

中科院「蜂眼雷達」

除了設置發射系統之外,康定級部署海劍二另一項必然面臨的重大課題,就是配套的追蹤與射控系統。 早年 據傳台灣海軍曾為康定級規劃兩種與海劍二相關的防空升級方案:第一個是向法國購買近年售予新加坡的相位陣列雷達,並在法國的技術協助下與中科院的垂直發射型劍二飛彈整合,此雷達即為Thales製造的Herakles輕型多功能相位陣列雷達,配備於新加坡的新型可畏級(Formidable class)巡防艦上。第二種方案則 以中科院自行研發的射控雷達搭配劍二飛彈。

針對第一種方案,由於康定級的戰鬥系統由法國開發,其相關技術與軟體原始碼從未輸出給台灣,因此如欲將台灣獨門開發的海劍二飛彈系統與艦上既有法製雷達與戰系結合,並實現自動化的資料交換,非得得到法國的大力協助才有可能實現;然而,當時台法軍售合作關係由於拉法葉弊案而中斷,因此台灣想尋求法國合作來整合台灣自行開發的 海劍二防空飛彈,早期根本不存在可能性;直到2016年民進黨蔡英文政府上台以後,隨著國際政治關係演變,台灣再度與法國接觸商談康定級升級案,最後於2022年正式啟動升級案,由法國海軍集團(原DCNS)等升級康定級的作戰系統,並整合中科院研製的海劍二防空飛彈系統,安裝在中科院「華陽計畫」研製的艦載垂直發射系統(見後文)。而在此之前,中科院以其自行研製的蜂眼對空搜索雷達衍生出艦載版,作為海劍二的配套火控雷達,此方案後來在裝備於沱江型飛彈巡邏艦上。

 中科院最早準備搭配陸/海基版劍二的射控雷達,可能是該院在1990年代參照陸軍購自瑞士的「天兵」防空系統射控雷達而研發的CS/MPQ-78。CS/MPQ-78性能應與天兵防空系統的射控雷達相當,最大偵測距離60km,有效鎖定距離約40km,一次最多可同時精確追蹤20個目標。 在當時,據說海軍曾有意以CS/MPQ-78雷達搭配傾斜發射版劍二防空飛彈加裝在從美國引進的諾克斯級(Knox class,台灣稱為濟陽級)巡防艦上,以解決該艦防空能力貧弱的問題,同時汰換艦上老舊的MK-68射控系統。然而,由於此階段海劍二發展尚未成熟,海軍先執行最便宜且能立即形成戰力的方案──把陸續除役的武進三陽字號驅逐艦的標準SM-1防空飛彈系統與武進三戰鬥系統陸續移植到七艘濟陽級上。爾後中科院繼續以MPQ-78為基礎精進,推出後繼的CS/MPQ-561天勇射控雷達,搭配軍備局202廠開發的T-92 40mm 70倍徑防空機砲組成低空防空系統,不過後來也沒有被空軍採用。

中科院在1990年代末期推出的機動點防禦相位陣列雷達系統 ,

咸信就是CS/MPQ-90「蜂眼雷達」的前身。

 

隨後,中科院又進一步推出CS/MPQ-90機動點防禦相位陣列雷達(Point Defense Array Radar System,PODARS),稱為「蜂眼」,於2005年世貿航太展首度公開,當時展出的是野戰拖車型式。

CS/MPQ-90蜂眼雷達於1990年代開始研發,當時的契機是陸軍尋求購買2000年引進的復仇者(Avenger)野戰防空飛彈系統(使用刺針防空飛彈)的配套預警雷達系統,偵測目標能自動指揮復仇者搭載的發射器調整水平旋轉與俯仰角遂行接戰。當時陸軍意屬外購美軍現成產品,例如美國陸軍復仇者系統使用的雷松(Raytheon)AN/MPQ-64哨兵(Sentinel)雷達;然而,中科院卻表示能提供同級產品,最後高層決定由中科院研製。蜂眼雷達原定於2002年左右完成研發工作,然而當時研發進度不順,在2001年差點被陸軍以現況結案;後來中科院借調長白雷達的團隊來支援此案,後來終於完成,但直到2012年才開始交付陸軍(見下文),距離陸軍接收復仇者防空隙統已經超過10年,這段沒有自動化預警雷達的「空窗期」之內,復仇者只能仰賴砲塔內的操作人員透過語音無線電接收目標信息,然後以人工操作接戰。 

依照依照2020年7月中科院「新新季刊」對荊溪暠博士的專訪內容,在2001年時,「蜂眼雷達」當時研發進度落後,距離結案還有一年半時間,陸軍研判無法如期完成,遂要求結案改採外購。經荊溪暠評估,發現該雷達主體硬體大致成形,但負責單位人力不足;評估認為在剩下一年半時間,如跨單位借調人力支援,還有機會,遂婉拒陸軍結案要求,立即從「相列雷達組」與「地面雷達」組徵調人員支援。蜂眼雷達排定在民國91年(2002年)年中進行作戰測評,年底進行天弓飛彈作戰測評,同一批團隊無法同時兩面作戰,遂做出「上半年救蜂眼,下半年趕天弓」的決策;這雖引起天弓計劃主持人的不滿,不過兩案均如期通過作戰測評。  

在2011年,台灣陸軍以「車載式野戰防空相列雷達」為名建案購買首批14套CS/MPQ-90蜂眼雷達,預算額度新台幣61億6540萬5000元(後續追加至17套),於民國101至105年度(2012~2016年)分批交付台灣陸軍。在民國110年度(2021年),台灣陸軍又以「新型目獲雷達系統」為名建案購買第二批11套蜂眼雷達,預算額度新台幣32億4749萬8000元,於民國111至115年度(2022~2026年)交付。

從2022年至2026年,陸軍編列32億4749萬8000元採購11套「新型目獲雷達系統」,以及65部雷情顯示器與附屬裝備,取代壽期屆滿10年、已停產商源消失的PSTAR雷達,其中2023年交付1套,2024年交付4套,2025與2026年各交付3套。此案主承包商為中科院,依照日後資料,此為/MPQ-90蜂眼機動點防禦相位陣列雷達的改進型號,陸軍稱之為「鷹眼雷達」。

CS/MPQ-90可擔負野戰防空、低空預警、支援作戰區域空中管制與防空作戰分配等工作,並能結合防空飛彈等武器系統,直接指揮防空武器進行接戰並遂行所需的導引支援。CS/MPQ-90雷達車載版安裝在3.5噸級卡車底盤上,採用X波段(8~12.5GHz),具備搜索同時追蹤(TWS)能力來對付低空快速目標,最大偵測距離54~60km,最小偵測距離1.5km,最大偵測高度約10km,波束俯仰角在搜索模式下為0~+20度、追蹤模式下為-10~+60度,目標速率涵蓋範圍3馬赫,能同時追蹤64個目標,目標更新速率為每2至4秒一次(30轉/分或15轉/分),能同時連結至少9個防空火力單元,並具備敵我識別系統(含Mode 1'2'3/A、C、T等模式),平均故障間隔(MTBF)在300小時以上,平均故障排除時間在30分鐘以內,從駛入陣地到完成部署展開工作在15分鐘以內,而從工作狀態到撤收離開需10分鐘,對外通信系統包含有線與無線。精確度方面,早期有資料指出MPQ-90鑑別度約40m(與美國AN/MPQ-64同級)、方位1.6度、俯仰1.8度;但砲兵季刊上的記載則是波束的方位/俯仰精確度約0.2度,距離探測精確度約20m,可能是後來性能有所精進。

相形之下,美製AN/MPQ-64哨兵砲兵雷達同樣是X波段並具備TWS能力,最大探測距離75km,最大探測高度15km,波束俯仰角-30~+65度,目標速率涵蓋範圍3馬赫,後端能同時處理50個目標,波束的方位/俯仰精確度約0.2度,距離探測精確度約40m,放列部署需15分鐘、撤收需5分鐘,雷達設置在拖車上可由高機動多用途車輛(HMMWV)拖帶。與哨兵雷達相較,蜂眼雷達帳面上精確度較高,但是探測距離比哨兵短了一些。此外,哨兵雷達體積重量較低,其拖車能由HMMWV之類的小型輪型車輛拖帶;而蜂眼雷達體積大得多,整套系統只能安裝在中型戰術輪型卡車底盤(重3.5噸),使用便利性就差一截。此外,陸軍接收蜂眼雷達後,與復仇者防空飛彈系統的整合存在問題,不若美國自家的哨兵雷達順暢。

依照中科院「新新季刊」某期有關蜂眼雷達的敘述, 蜂眼雷達的波束在垂直方向進行電子掃苗(可能是相位掃描),而水平軸向波束可回視3度左右(可能是頻率掃描)。日後CS/MPQ-90蜂眼雷達正式進入台灣陸軍服役的型號是CS/MPQ-951。依照中科院透露的蜂眼雷達系統的後端CS/MYS-951接戰管制車的資料,情資整合計算機能量如下:管理320個目標,目標資料更新率為0.1秒,使用脈衝都卜勒處理器過濾掉假目標,並將不同情資整合進行航跡關聯並呈現在顯示器上。而接戰管制計算機的能量如下:同時追蹤與管制128個目標,最多同時接戰27個目標,同時連接最多9輛復仇者飛彈發射車進行接戰(目標指派可由自動或人工模式)並提供STC信息。

中科院「新新季刊」第42卷第3期的文章「應用於近空防禦機動式相列天線系統設計與探討」中,提到一種該院旋轉相列雷達,其天線組成包括敵我識別天線、旁瓣遮沒天線及相列單脈波寬頻天線等,全重210公斤;其中,相列單脈波寬頻天線由窄邊開槽天線(Slot Array)、64個陶鐵磁相移器、波束形成網路、波束掃瞄控制器及電源供應器等各模組組成。窄邊開槽陣列天線是由64根WR90全高度導波管陣列天線組合而成,每根導波管的窄邊切割58個斜向裂縫。此型雷達波的俯仰掃瞄是由電腦控制的相移器完成,可配合搜索海面目標的需求,將波束在俯仰方向修改較寬的扇狀波束(Fan-Beam);在水平方向則是360度機械旋轉,加上反向4.5度頻率掃描(接觸目標時自動控制波束往回4.5度,進行確認或追蹤)。依照此文章的敘述,此雷達結合頻率掃描(水平向)和相位陣列(垂直向),這可能是出於成本考量。

海劍二的配套射控雷達:「野戰防空相列雷達」艦載版

在2016年9月16日開幕的第一屆「高雄國際海事船舶暨國防工業展」中,中科院展出了一種「機動防空相位陣列雷達」(後來又稱「野戰防空相列雷達」),外型與先前的CS/MPQ-90蜂眼雷達類似;依照現場看板文字敘述,此雷達曾在海軍主戰艦艇上搭配海劍二進行試射並成功命中目標,顯然就是2014年下旬在濟陽級巡防艦的淮陽號(FFG-937)的試射(見下文)。「野戰防空相列雷達」使用與蜂眼相同的天線等前端射頻組件,並小幅修改。

「機動防空相位陣列雷達」是一種採用電子掃描技術的三維雷達,能由車載或艦載機動部署,具備良好的雜波抑制能力與電子反反制(ECCM)能力,並能配合包括陸基/艦載型劍二以及陸基復仇者等防空飛彈。「機動防空相位陣列雷達」是蜂眼雷達的後續發展型號(由中科院另一組團隊負責研發),仍為被動相位陣列雷達(PESA),但射頻組件全面採用固態積體電路組件,因此雷達信噪比大幅成長,性能提高;單面天線波束的水平掃描範圍為120度,垂直掃描範圍為90度,以機械旋轉座來達成360度水平搜索,操作頻段約為X頻。 

中科院以蜂眼雷達為基礎開發艦載版,外界常稱為「海蜂眼」,實際上應該是中科院「野戰防空相列雷達」的艦載版。2015年9月的漢光31號演習中,中科院以機動防空相位陣列雷達與海劍二飛彈進行海上全系統驗證;此次實驗使用掠海飛行的1089型靶機模擬反艦飛彈,雷達系統順利捕獲目標,並發射海劍二飛彈擊落靶機, 證明此系統可在高海雜波的環境下正常追監目標。 之後,這套雷達系統又在台灣東北部及東部海域進行多次對空追蹤與監視測試, 針對在不同高度飛行的戰機、靶機與旋翼機等,測試結果顯示可在艦艇航行、船體於波浪中持續搖擺的情況下,穩定偵追高/中/低空的飛行目標。 在2020年12月,此種艦載版相位陣列雷達系統安裝在中科院「光榮之星」雙體測試船上進行測試,隨後第一種正式裝備的船艦就是沱江級雙體飛彈巡邏艦的後續艦(即高效能艦艇後續),首艦塔江號(PGG-619)在2021年9月9日成軍。

劍二飛彈尋標系統精進

依照中科院「新新季刊」對於海劍二防空飛彈的記載,雖然天劍二型空對空飛彈已經奠定良好技術基礎,但攔截低空飛行的巡航飛彈或掠海飛行的反艦飛彈,相較於攔截一般空中目標,技術上有一定區別(門檻更高)。攔截飛彈時,戰鬥部引爆的距離必須控制在2公尺以內,才能保證將來襲飛彈徹底破壞,要求遠高於對飛機類目標(在6公尺內引爆即可)。因此,以天劍二型空對空飛彈來攔截飛彈,需要針對飛彈導引系統、雷達尋標器以及引信做出更多提升,才能有效作戰。除了更高的性能要求之外,研發海劍二型時,許多原本組件的商源早已消失,必須進行相當的工程構型修改;當然,隨著電子技術進步,後續的許多可選擇的導引相件,性能與功能都比原本天劍二型的組件更好,因此這些構型修改也成為提高飛彈性能的契機。

中科院在天劍二型飛彈轉用於海上防空的過程中,包含改進導引控制系統的軟體運算邏輯以及尋標器的運算邏輯。改進後的主動雷達尋標器在實體模擬實驗室測試結果顯示,尋標器與迴路在無干擾以及有海面雜波干擾情況的測試結果差別不大,只有雜訊變高、鎖定距離變短而已,顯示干擾只影響尋標器鎖定的距離。測試顯示即便在海面雜波干擾下,構改後的新尋標器仍能捕捉目標,並順利將飛彈導引到目標位置引爆,將目標摧毀。

依照中科院的資料,劍二飛彈導引性能提升研究案,經由最佳化、整合性調配等措施,數位模擬以及硬體迴路模擬結果顯示,全程導引命令非常穩定。以原型天劍二以及構改升級的劍二導引系統進行實體迴路模擬實驗,執行近百次綜合性場景變化參數測試,證實構改後劍二導引系統各種情況下誤差距離都比原本劍二提升不少並滿足需求,可用於不同形式與批次的飛彈上。實體迴路模擬測試結果如下:

1.在高空接戰戰鬥機、無雜訊干擾時,原本劍二導引系統平均失距1.5m、最大失距2.9m;構改後的劍二平均失距降為0.5m、最大失距降為1.2m。

2.在中空層追擊逃逸戰鬥機、無雜訊干擾時,原本劍二導引系統平均失距1.8m、最大失距3.5m;構改後的劍二平均失距降為0.8m、最大失距降為1.5m。

3.在低空接戰戰鬥機、受地形雜波干擾時,原本劍二導引系統平均失距1.7m、最大失距3.6m;構改後的劍二平均失距降為0.7m、最大失距降為1.6m。

4.在超低空接戰巡航飛彈、受地面閃爍雜波干擾時,原本劍二導引系統平均失距2.5m、最大失距6.2m;構改後的劍二平均失距降為0.8m、最大失距降為1.8m。

5.在超低空接戰掠海反艦飛彈、受海面閃爍雜波干擾時,原本劍二導引系統平均失距2.8m、最大失距5.7m;構改後的劍二平均失距降為0.8m、最大失距降為1.9m。

完成地面軟、硬體模擬測試後,接下來的實際飛行測試也與地面軟/硬體綜合模擬的結果十分相近,在所有規劃場景以及6級海象以內都能有效工作、對抗海面雜波干擾。經過構改後執行的多次擊靶飛行測試中,即便是低雷達反射截面的掠海目標,並在海面雜波與多路徑干擾之下,構改的導引系統仍能穩定地直接撞擊目標靶,驗證了構改後雷達射頻尋標器的性能。

 

「迅隼案」歷程(2006至2007)

在2005年,為康定級加裝劍二飛彈的「迅隼案」正式排入民國九十五年度(2006年)國防預算中,執行期程為九十五年至九十六年,總金額近十億新台幣。在2005年中,迅隼案中科院計畫的優先順序從原本的第二調降至第六;當時海軍方面盛傳中科院分得的預算額度有限,故推測迅隼案勢必延後至少一年,因此又多了和中科院討價還價的空間;然而在各方角力下,迅隼案竟然還是排入民國九十五年度預算中,讓海軍大感意外。在迅隼案的原始時程中,第一艘換裝的康定級於2006年展開改裝,並在2008年完成作業,然而,立法院國防委員會在審查九十五年度預算時卻以迅隼案在「有效射程」、「多目標連續發射」及「射控方面」有諸多疑點,將預算凍結20%, 先進行斜向發射劍二的研發;當此案執行至某階段時,中科院需向國防委員會說明前述問題的克服程度,獲得委員會同意後才准許動支 其餘預算,並探討後續研究垂直發射型所需的經費。

根據2006年6月20日的立法院公報,軍備局與中科院對於整個計畫的時程與內容 有很大的認知差距:中科院的原始計畫是花費兩年發展海劍二飛彈(包括將天劍二型空對空飛彈改成海上發射的工程修改、替代商源已經消失的過時零組件),接著花費五年 解決垂直發射版劍二裝艦的一切工程問題,而且還不包括艦上測試;然而軍備局局長面對國防委員時卻表示,能在兩年半內完成垂直發射版劍二的研發以及上艦測試。國防委員甚至宣稱,由於艦載版劍二由於在性能(發射後快速轉向、靈活度等)、體積重量要求等都有問題的情況下,國防部已經放棄在康定級設置垂直發射器,全部改用架在甲板上的傾斜發射箱。據說最初軍備局為了向海軍推銷一種射控雷達,打算與艦射版劍二整合來增加賣點,然而軍方只給5年的整體開發時間,軍備局在已經得知中科院不可能在這樣時程內完成所有工作的情況下仍給予軍方肯定的答案,到了軍方規定的時限時,終於東窗事發。當時台灣國防部長對項目的認知基本上是依照軍備局的說法,所以在「迅隼案」發展斜射版海劍二的預算剛開始執行,就政策指示修改計畫綱要,改成「劍二垂直發射武器系統展示確認」,結果到了原訂時程期限,中科院根本無法完成。

 當時台灣海軍擬將此事告上監察院,不過監察院因陳水扁總統提名的監委名單引發爭議,未能在泛藍席次優勢的立法院通過,從2005年2月1日到2008年7月31日之間處於停擺狀態,所以直到2008年監察院重新運作才受理。依照2008年8月27日出版的監察院第2260期公報,監委劉興善提關於迅隼案執行的糾正案:「國防部無視康定級艦結構藍圖資料迄未取得之風險,甫執行斜射型『劍二防空飛彈系統工 程 發展』〈迅隼計畫〉法定預算,即逕依部長政策指示,以修綱方式變更為『劍二垂直發射武器系統展示確認』,致該計畫效益不彰,仍因旨揭風險無法進 入『直射工程發展』,迄未能提升康定級艦之防空武力等情,確有諸多違失,爰依法提案糾正」,案文修正通過但不公佈,函請國防部確實檢討改善。

「迅隼案」反映國產武器研發的種種基本問題,首先軍方根本沒有一個完整而務實的計畫,屢屢想要「便宜行事」, 而負責統籌計畫與協調的軍備局更有「欺上瞞下」之嫌。結果各搞各的、各說各話,需求不確定還時常變動,而且給予 下層研發單位(如中科院)的資源與時間根本不足以達到預定的目標 ;於是乎軍方責怪研發單位只會騙吃騙喝,而研發單位則埋怨軍方總是「要馬兒好,又要馬兒不吃草」。

以迅隼案 為例,民國九十五年度十億新台幣預算約合3100萬美金,早先一枚空射型天劍二型的單價約100萬美元,考慮到通貨膨脹、設法取代劍二停產料件以及艦射版劍二增加加力器與TVC技術,其造價只會比 當年空軍購買天劍二型時貴得多,甚至增長一倍達到200萬美元以上亦不為過 。因此,光是供給一艘康定級所需的16枚就會佔去全案大半的預算,能購買一套 16管垂直發射器與十六枚艦射版劍二並安裝在艦上就算是很了不起,這還不包括相位陣列雷達/射控系統的研發整合工作。如果台灣的國防事業繼續存在這種多頭馬車、急功近利、管理混亂、 官僚問題以及不同單位溝通不良等情況,則以台灣國防產業能量之有限,終將一事無成,甚至許多時間與精力實際上浪費在行政糾紛與監察院、法院,而不是辦正事。

根據2008年3月初的外界消息,艦載版垂直發射版劍二最關鍵的技術瓶頸,在於始終無法克服從垂直發射升空到轉向目標的基準起始座標校正(Initial leveling bias value update),主要原因是船艦會隨著海象而不斷改變姿態與位置(陸地垂直發射系統則無此問題),進而影響到飛彈的射擊解算(相關問題請見美國海軍區MK-41垂直發射系統一文) 。然而 實際上,如同前述,中科院早在1990年代末期就已經成功進行過天劍二型的垂直發射研究,因此此時垂直發射版劍二的問題,恐怕不是單純飛彈升空轉向這部分;反倒是前面提及各種關於雷達、射控系統的研發整合以及整套系統裝置於艦上的各種工作,才是攸關此案成敗的真正核心工作 。如同前述,軍方根本沒有給予中科院足夠的時間與資源;中科院 以自身的人力物力來估計,光是研發艦艦載垂直發射劍二飛彈系統就需要5年以上的時間,還不包括裝艦測試工作, 遠遠超出軍方的認知;因此在軍方眼中,艦載型劍二自然成為一個「問題重重」、「進度落後」的專案。

中科院配合斜射式海劍二而發展的整合式斜射架想像圖。

 

經過「迅隼案」的風風雨雨,隨後幾年艦載版劍二一度沈寂,幾年間軍方似乎沒有進一步發展的動作。

2013年11月初立法院初審民國103年度(2014年)國防預算時,海軍司令部參謀長高天忠回應立法院國防委員會質詢時表示,台灣海軍規劃在民國104年(2015年)建案開發,預計在民國106年(2017年)可用,屆時可望開始以艦射版劍二來取代現役的海欉樹飛彈(台灣海軍購入的海欉樹飛彈生產年份從1972到1992年,至2014年完全過期) ;當時粗估為六艘康定級換裝海劍二以及配套射控系統的經費將近100億新台幣。

在此次質詢中,海軍與中科院表示雖然艦射型劍二已經完成了垂直發射的技術,但由於預算不足,加上台灣沒有康定級巡防艦的艦體設計施工藍圖,無法改裝垂直發射器,因此仍將使用原本規劃的傾斜發射器 ;而測試工作則在一艘即將退役的濟陽級巡防艦上進行(同時間台灣正從美國購入二手派里級巡防艦,開始汰換部分濟陽級)。據說陸射/艦射版劍二因為經費因素而在這些年間放緩步調,而海軍方面對於發射方式遲遲未決也是專案裹足不前的原因之一;而艦射型的海劍二之所以能在沈寂數年後重新上馬,也是因為軍方願意提供下一階段的經費。

海劍二的早期測試(納入迅聯專案之前)

艦載版劍二在濟陽級巡防艦淮陽號(FFG-937)上進行試射的畫面。

淮陽號在2014年7月進行中科院海劍二防空飛彈以及配套三維搜索/追蹤雷達

進行試射的畫面。 注意配套雷達安裝在直昇機甲板上。

艦射型劍二系統首先安裝於濟陽級的淮陽號(FFG-937)進行測試,在2014年6月初由中科院完成安裝。在淮陽號的改裝作業中,以修改過的標準一型防空飛彈發射箱來容納海劍二飛彈(安裝在該艦後部傾斜發射架上),並在直昇機甲板臨時裝設一套中科院的三維電子掃描雷達(即「野戰防空相列雷達」)作為配套。完成改裝的淮陽號首先參與年度反潛與防空演訓科目,測試 中科院開發的三維電子掃描雷達系統的搜索/追蹤與目標索與鎖定等功能,9月間進行海上實境戰術測評以及實彈射擊驗證;各項作戰測試評估耗費一年,如順利通過驗收則將全面取代濟陽級的標準SM-1防空飛彈以及康定級巡防艦的海叢樹飛彈。

依照2014年10月的消息,淮陽號於2014年7月成功進行首次海劍二系統的實彈試射,試射時飛彈電子虛擬標靶的位置而判定攔截成功,也締造海劍二首次艦上試射成功的紀錄;接下來的第二次實彈試射則使用實體靶機,在2015年上半舉行。 依照2014年7月「風傳媒」的消息,當時規劃首先換裝艦二的可能是濟陽級,稱為「定海專案」,打算在2016年編列預算開始執行( 康定級換裝海劍二的工作同牽涉到與原有戰系整合,晚一些才會展開),不過之後此案並未實現。此外在2015年初,也有消息傳出海軍排入在新服役的陀江號(PG-618)雙體高速飛彈快艇上測試海劍二防空飛彈。

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